(57)【要約】  【課題】  入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても、ｓ偏光の反射率を１００％近くに維持しながらｐ偏光の透過率が低下しない偏光ビームスプリッターを提供する。  【解決手段】  高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを基板上に交互に積層して成る偏光ビームスプリッターであって、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって条件式：0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04，0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05{Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率}を満足する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを基板上に交互に積層して成る偏光ビームスプリッターであって、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とする偏光ビームスプリッター；
0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04  …(1A)
0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05  …(1B)
ただし、
Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、
Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、
Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、
Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率、
である。
【請求項２】
以下の条件式(2A)を満足する高屈折率材料から成る膜と、以下の条件式(2B)を満足する低屈折率材料から成る膜と、が２周期以上の繰り返しで交互に積層されたスタックを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッター；
0.7×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4  …(2A)
1×λ/4≦Ｌ≦2×λ/4  …(2B)
ただし、
Ｈ：高屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
Ｌ：低屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
λ：分岐する光の中心波長、
である。
【請求項３】
高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを交互に積層して成り、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とする偏光ビームスプリッター膜；
0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04  …(1A)
0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05  …(1B)
ただし、
Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、
Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、
Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、
Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率、
である。
【請求項４】
以下の条件式(2A)を満足する高屈折率材料から成る膜と、以下の条件式(2B)を満足する低屈折率材料から成る膜と、が２周期以上の繰り返しで交互に積層されたスタックを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項３記載の偏光ビームスプリッター膜；
0.7×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4  …(2A)
1×λ/4≦Ｌ≦2×λ/4  …(2B)
ただし、
Ｈ：高屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
Ｌ：低屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
λ：分岐する光の中心波長、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光ビームスプリッターに関するものであり、例えば、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系，プロジェクション光学系等に適した高性能の偏光ビームスプリッターと、それを構成する偏光ビームスプリッター膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
青色領域の光ピックアップ光学系では、４０５ｎｍ付近の波長域においてｐ偏光の透過率とｓ偏光の反射率とが共に１００％近くの偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッターが必要となる。しかし、現在のところ青色レーザーの発散角はかなり大きく、通常の偏光ビームスプリッター膜では、入射角度の変動によりｐ偏光の透過率が大きく低下してしまう。
【０００３】
上記のような問題を解決するために、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても所定の偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッターが、特許文献１，２で提案されている。例えば特許文献２記載の偏光ビームスプリッター膜は、分岐する光の中心波長をλ、高屈折率材料から成る膜の光学膜厚をＨ、低屈折率材料から成る膜の光学膜厚をＬとしたとき、0.8×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4、かつ、0.7×λ/4≦Ｌ≦1×λ/4となる第１のスタックと、1.3×λ/4≦Ｈ≦1.5×λ/4、かつ、1.2×λ/4≦Ｌ≦1.5×λ/4となる第２のスタックと、を有する構成になっている。
【特許文献１】特開平８−１４６２１８号公報
【特許文献２】特開平９−１８４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１，２記載の偏光ビームスプリッター膜では、ｓ偏光の角度依存性を透過率で２０％程度にしか抑えることができず、その偏光分離特性は不充分である。したがって、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系，プロジェクション光学系等に用いると、光量低下等の問題が生じてしまう。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても、ｓ偏光の反射率を１００％近くに維持しながらｐ偏光の透過率が低下しない偏光ビームスプリッター及び偏光ビームスプリッター膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の偏光ビームスプリッターは、高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを基板上に交互に積層して成る偏光ビームスプリッターであって、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とする。
【０００７】
0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04  …(1A)
0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05  …(1B)
ただし、
Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、
Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、
Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、
Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率、
である。
【０００８】
第２の発明の偏光ビームスプリッターは、上記第１の発明において、以下の条件式(2A)を満足する高屈折率材料から成る膜と、以下の条件式(2B)を満足する低屈折率材料から成る膜と、が２周期以上の繰り返しで交互に積層されたスタックを少なくとも１つ有することを特徴とする。
【０００９】
0.7×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4  …(2A)
1×λ/4≦Ｌ≦2×λ/4  …(2B)
ただし、
Ｈ：高屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
Ｌ：低屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
λ：分岐する光の中心波長、
である。
【００１０】
第３の発明の偏光ビームスプリッター膜は、高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを交互に積層して成り、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とする。
【００１１】
0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04  …(1A)
0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05  …(1B)
ただし、
Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、
Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、
Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、
Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率、
である。
【００１２】
第４の発明の偏光ビームスプリッター膜は、上記第３の発明において、以下の条件式(2A)を満足する高屈折率材料から成る膜と、以下の条件式(2B)を満足する低屈折率材料から成る膜と、が２周期以上の繰り返しで交互に積層されたスタックを少なくとも１つ有することを特徴とする。
【００１３】
0.7×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4  …(2A)
1×λ/4≦Ｌ≦2×λ/4  …(2B)
ただし、
Ｈ：高屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
Ｌ：低屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
λ：分岐する光の中心波長、
である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても、ｓ偏光の反射率を１００％近くに維持しながらｐ偏光の透過率が低下しない偏光ビームスプリッターや偏光ビームスプリッター膜を実現することができる。そして、本発明に係る偏光ビームスプリッター又は偏光ビームスプリッター膜を、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系，プロジェクション光学系等の光学系に用いれば、光量や光学性能を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施した偏光ビームスプリッター及び偏光ビームスプリッター膜を、図面を参照しつつ説明する。表１，表２に、本発明に係る偏光ビームスプリッター膜として、実施例１，２の多層膜構成(QWOT=4・n・d/λ,d：物理膜厚，n：屈折率，λ：波長)をそれぞれ示す。実施例１では、高屈折率材料：TiO2(酸化チタン)から成る膜と、低屈折率材料：SiO2(酸化ケイ素)から成る膜と、が屈折率１．６４のガラス基板上に交互に３３層、層ナンバーの順に積層された構成になっている。また実施例２では、高屈折率材料：TiO2(酸化チタン)を含む混合物TXから成る膜と、低屈折率材料：MgF2(フッ化マグネシウム)又はSiO2(酸化ケイ素)から成る膜と、が屈折率１．６４のガラス基板上に交互に２５層、層ナンバーの順に積層された構成になっている。
【００１６】
実施例１，２のように高屈折率材料から成る膜と低屈折率材料から成る膜とを交互に積層して成る偏光ビームスプリッター膜においては、特定波長での膜面に対する入射角度をθ(°)とするとき、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することが好ましい。
【００１７】
0.99≦Rs(45)／Rs(θ)≦1.04  …(1A)
0.96≦Tp(45)／Tp(θ)≦1.05  …(1B)
ただし、
Rs(θ)：入射角度θのｓ偏光の反射率、
Tp(θ)：入射角度θのｐ偏光の透過率、
Rs(45)：入射角度45°のｓ偏光の反射率、
Tp(45)：入射角度45°のｐ偏光の透過率、
である。
【００１８】
表３，表４に、波長λ＝４０５ｎｍ，40≦θ≦50(°)における各実施例のデータ：ｓ偏光の反射率Rs(θ)，ｐ偏光の透過率Tp(θ)，並びに条件式(1A)及び(1B)規定のパラメータに対応するデータを示す。表３，表４から分かるように、実施例１，２は40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって条件式(1A)及び(1B)を満足している。このように、40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって条件式(1A)及び(1B)を満たすことにより、入射光の発散角が±５°以上の広い角度領域に対しても、ｓ偏光の反射率を１００％近くに維持しながらｐ偏光の透過率の低下を抑えることが可能となる。
【００１９】
上記のように40≦θ≦50(°)の範囲全体にわたって条件式(1A)及び(1B)を満たすためには、以下の条件式(2A)を満足する高屈折率材料から成る膜と、以下の条件式(2B)を満足する低屈折率材料から成る膜と、が２周期以上の繰り返しで交互に積層されたスタックを少なくとも１つ有することが好ましい。ただし、高屈折率材料から成る１層の膜と低屈折率材料から成る１層の膜とから成る１ペアで１周期が構成される。
【００２０】
0.7×λ/4≦Ｈ≦1×λ/4  …(2A)
1×λ/4≦Ｌ≦2×λ/4  …(2B)
ただし、
Ｈ：高屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
Ｌ：低屈折率材料から成る膜の光学膜厚、
λ：分岐する光の中心波長、
である。
【００２１】
実施例１では、第１６層から第２７層までの積層構造(層No.16〜27)が１つのスタックを構成している。そしてそのスタックは、条件式(2A)を満足するTiO2から成る膜と、条件式(2B)を満足するSiO2から成る膜と、が６周期の繰り返しで交互に積層された構成になっている。また実施例２では、第３層から第１４層までの積層構造(層No.3〜14)が１つのスタックを構成している。そしてそのスタックは、条件式(2A)を満足するTXから成る膜と、条件式(2B)を満足するSiO2又はMgF2から成る膜と、が６周期の繰り返しで交互に積層された構成になっている。このような特徴的スタックを有する構成を採用することにより、ｓ偏光の角度依存性を透過率０％程度で変動しないようにすることができる。したがって、入射光の発散角は大きいがｐ偏光・ｓ偏光の十分な偏光分離が要求される光学系(例えば、青色レーザーを用いた光ピックアップ光学系，プロジェクション光学系等)において、光量や光学性能を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００２２】
図１，図２に、実施例１の偏光分離特性を透過率Ｔ(％)で示す。図１は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°での、ｐ偏光の透過率Tp(θ)とｓ偏光の透過率Ts(θ)を示している。図２は、波長λ＝３００〜５００ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０°，４５°，５０°での、ｐ偏光の透過率Tp(θ)とｓ偏光の透過率Ts(θ)を示している。また図３，図４に、実施例２の偏光分離特性を透過率Ｔ(％)で示す。図３は、波長λ＝４０５ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０〜５０°での、ｐ偏光の透過率Tp(θ)とｓ偏光の透過率Ts(θ)を示している。図４は、波長λ＝３００〜５００ｎｍ，膜面に対する入射角度θ＝４０°，４５°，５０°での、ｐ偏光の透過率Tp(θ)とｓ偏光の透過率Ts(θ)を示している。図１〜図４から分かるように、いずれの実施例も青色レーザー用偏光ビームスプリッターとして好適な偏光分離特性を有している。
【００２３】
【表１】
2005055568.tif 000003
【００２４】
【表２】
2005055568.tif 000004
【００２５】
【表３】
2005055568.tif 000005
【００２６】
【表４】
2005055568.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１の対入射角度分光特性を示すグラフ。
【図２】実施例１の対波長分光特性を示すグラフ。
【図３】実施例２の対入射角度分光特性を示すグラフ。
【図４】実施例２の対波長分光特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２８】
Ts(θ)    入射角度θのｓ偏光の透過率
Tp(θ)    入射角度θのｐ偏光の透過率
【図１】
2005055568.tif 000007
【図２】
2005055568.tif 000008
【図３】
2005055568.tif 000009
【図４】
2005055568.tif 000010